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Aspectos microbiológicos de las nuevas quinolonas:levofloxacina, sparfloxacina, trovafloxacina y

grepafloxacina

1 Instituto de Ciencias Biomédicas, Facultad de Medicina, Universidad de Chile

Rev Chil Infect (2000); 17 (1): 67-72

ANTIMICROBIANOS

OLIVIA TRUCCO A.1

MICROBIOLOGICAL ASPECTS OF THE NEW QUINOLONES:LEVOFLOXACIN, SPARFLOXACIN, TROVAFLOXACIN AND

GREPAFLOXACIN

The new "third generation quinolones": levofloxacin, sparfloxacin,trovafloxacin and grepafloxacin are more active in vitro than previous quinolonegenerations against Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes andmethicillin sensitive Staphylococcus aureus, they are active against Gram negativeenteric bacilli (but less than ciprofloxacin), and against atypical pneumoniaagents (Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae, Legionellapneumoniae); besides, some of these molecules (trovafloxacin, sparfloxacin)have in vitro activity against anaerobes species. Considering their broad spectrumof therapy activity, the new quinolones represent a major progress in antiinfective therapy for ambulatory and hospitalized patients.

Cientos de quinolonas han sido sintetizadasy evaluadas en las últimas tres décadas. Elmiembro original del grupo, introducido en elmercado farmacéutico hace ya 36 años, ácidonalidixico, de restringida actividad antibac-teriana sobre enterobacterias, particularmentesobre Escherichia coli, permaneció como unantibiótico útil para combatir infecciones de lavía urinaria −de uso oral− por su espectro,pobre nivel sérico, y excelente excreción uri-naria. Este, junto a ácido oxolínico y pipemí-dico, quienes demostraron además muy pobreactividad frente a Pseudomonas aeruginosa,constituyeron las quinolonas de primera gene-

ración, reservadas para infecciones urinarias.La incorporación en la década de los 80 de

fluor en la molécula, creó las quinolonas desegunda generación. El primer compuesto deeste grupo, norfloxacina, más activo microbio-lógicamente que sus predecesores, por su malaabsorción oral y baja concentración plasmática,se mantiene también restringido a la vía urina-ria.

La introducción de nuevos radicales en estamolécula creó las siguientes quinolonas: peflo-xacina, ofloxacina, enoxacina y ciprofloxacina(la más activa del grupo), las que lograron,además de mejorar la absorción oral y la dis-

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tribución sistémica, excelente actividadantimicrobiana in vitro sobre enterobacterias,con CIMs menores o iguales a 0,25 µg/ml. Enbacilos Gram negativos no fermentadores pre-sentaban variada actividad antimicrobiana.

Sobre patógenos respiratorios Haemophilusinfluenzae, Moraxella catarrhalis, Legionellapneumophila y Mycoplasma pneumoniae,demostraron buena actividad in vitro. En bacte-rias Gram positivas como Staphylococcusaureus y estafilococos coagulasa negativa, és-tas eran activas, no así en especies deStreptococcus donde o carecían de actividadantimicrobiana o ella era límite. Finalmentetambién carecían de actividad sobre bacteriasanaerobias. Nuevas modificaciones dieron ori-gen a lomefloxacina, fleroxacina, temafloxacinay tosufloxacina, mejorando en algunas de ellasla vida media.1

Grandes esfuerzos por sintetizar nuevos com-puestos que optimizaran la actividad biológicade las quinolonas, particularmente sobre bac-terias Gram positivas y anaerobias, prolonga-ran su vida media, disminuyeran los efectosadversos y su interacción con otros fármacos,generaron las llamadas quinolonas de tercerageneración: levofloxacina, sparfloxacina,trovafloxacina, clinafloxacina, gatifloxacina,grepafloxacina y moxifloxacina.

¿Por qué la necesidad de nuevas quinolonas?

Desde un punto de vista microbiológico lasfluoroquinolonas disponibles demostrabanfalencias que debían ser corregidas:• agregar actividad frente a cocáceas Gram

positivas como Streptococcus pneumoniae,Streptococcus grupo viridans, Enterococcussp.

• mejorar la actividad frente a Staphylococcus,principalmente resistentes a meticilina.

• mejorar la actividad sobre bacterias"atípicas" (Mycoplasma sp, Chlamydia sp,Legionella sp).

• agregar actividad sobre bacterias anaerobias,particularmente Bacteroides spp., Prevotellaspp. y otras

• mantener o mejorar la actividad antibacte-riana frente a bacilos Gram negativos,(enterobacterias y no fermentadores), yaquellos de difícil desarrollo (fastidiosos).

¿Cómo ejercen su acción antibacterianaestas nuevas quinolonas?

Así como sus antecesoras, mediante la inhi-bición de la síntesis del ADN bacteriano. Elcromosoma bacteriano, anillo único de doblehebra (ADN), en la mayoría de las bacteriasse mantiene en un estado energéticamentesobreenrollado, forma requerida para procesoscelulares críticos como son la replicación ytranscripción.

Dos enzimas estructuralmente homólogasparticipan en este estado de sobreenrollamiento,la ADN girasa o topoisomerasa II responsablede la mantención del sobreenrollamiento y latopoisomerasa IV responsable de la separaciónde las hebras hijas durante la división celular;ambas son blanco de acción de las quinolonas.La inhibición enzimática resulta en una rápidamuerte de la célula bacteriana. Su acción so-bre microorganismos Gram negativos tiene porblanco primario de acción, la topoisomerasaII. En su acción sobre las cocáceas Grampositivas en cambio, resulta primordial la inhibi-ción de la topoisomerasa IV. La especificidaddel blanco da las variaciones de acciónantimicrobiana de este grupo.2, 3

Actividad antibacteriana en el grupo denuevas quinolonas

Las quinolonas son una clase deantimicrobianos con actividad típicamentebactericida frente a un gran número de espe-cies bacterianas, su CBM es igual o sólo eldoble de su CIM.

Hemos mencionado que una necesidad quedebían cubrir esta nuevas quinolonas es au-mentar la actividad frente a bacterias Grampositivas, que en los últimos años se han con-vertido en un problema para microbiólogos yclínicos: S. pneumoniae, Streptococcus grupoviridans, Enterococcus resistentes y SAMR.

Bacterias Gram positivas

La actividad sobre S. pneumoniae ha sidoun gran logro en el grupo de nuevas quinolonas,reemplazando la nula o escasa actividad sobreeste patógeno de sus predecesores.

Aspectos microbiológicos de las nuevas quinolonas - O. Trucco A.

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Aspectos microbiológicos de las nuevas quinolonas - O. Trucco A.

Tabla 1. Actividad de nuevas quinolonas frente aStreptococcus pneumoniae (CIM

90 µg/ml)

Rango CIM90

µg/ml Adaptado de

Trovafloxacina 0,006 - 0,25 Ref 11Sparfloxacina 0,25 - 1Ciprofloxacina 1 - 8

Grepafloxacina 0,06 - 0,5 Ref 4Ciprofloxacina 0,5 - 8,0

Levofloxacina 0,25 - 2 Ref 13Ciprofloxacina 1 - 8

en dos veces la documentada enciprofloxacina; grepafloxacina ytrovafloxacina demuestran aún mejoractividad siendo esta 8 a 10 veces su-perior.

Frente a otras especies de Strepto-coccus, las nuevas quinolonas demues-tran también mejor actividad queciprofloxacina, con CIM

90 entre 0,06 y

0,5 µg/ml versus 0,5 a 4 µg/ml frente aS. pyogenes. Aunque superan tambiéna ciprofloxacina en su actividad frentea Enterococcus, en la mayoría de losestudios in vitro la CIM

90 oscila entre

Los estudios de CIM90

que comparan la ac-tividad de ellas frente a ciprofloxacina, demues-tran en las primeras, un aumento hasta diezveces en su actividad antineumocóccica, sien-do trovafloxacina la de mejor actividad. Estosvalores son independientes de la CIM de estepatógeno para penicilina, resultando igualmen-te activas frente a cepas sensibles o resistentes(sea ésta intermedia o elevada resistencia).4, 5

No se han descrito cepas resistentes que sobre-pasen el valor de corte de 2 µg/ml. (Tabla 1).

Los estudios demuestran que la actividad invitro de levofloxacina y sparfloxacina supera

0,25 y 8 µg/ml para cepas de E. faecalis concifras superiores e igual o mayor a 8 µg/mlfrente a E. faecium (todas cepas sensibles avancomicina).5 En la Tabla 2 se observa laactividad comparativa entre trovafloxacina,sparfloxacina y ciprofloxacina.

Frente a S. aureus las nuevas quinolonashan demostrado mejor actividad antibacterianaque sus predecesoras (ciprofloxacina) cuandose trata de cepas sensibles a oxacilina, activi-dad superior de dos a ocho veces. Esta activi-dad es menor en cepas de SAMR, resistentes aciprofloxacina. (Tabla 3)

Tabla 2. Actividad in vitro de nuevas quinolonas sobre diversas especies deStreptococcus (CIM90 µg/ml)

S. pyogenes E. faecalis E. faecium(n: 242) (n: 549) (n:120)

Trovafloxacina 0,06 - 0,5 0,25 - 8 1 - 4Ciprofloxacina 0,5 - 4 1 - 32 2 - 8Sparfloxacina 0,4 - 2 0,5 - 1 1

Tabla 3. Actividad in vitro de nuevas quinolonas frente aStaphylococcus aureus (CIM90 µg/ml)

S. aureus SAMR Adaptado de

Trovafloxacina 0,015 - 0,5 1 - 8 Ref 5Sparfloxacina 0,06 - 0,25 8 - 16Ciprofloxacina 0,25 - 8 16 - 128

Grepafloxacina 0,12 4 JAC 33: 283-8Ciprofloxacina 1 8

Levofloxacina 0,06 - 0,5 16 AAC 1994; 38: 2702-9Ciprofloxacina 0,12 - 2 64

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Bacterias Gram negativas

En los bacilos Gram negativos del grupo deenterobacterias, los estudios comparativos dela actividad in vitro de las nuevas moléculasversus sus antecesoras, demuestran que todaslas quinolonas ensayadas poseen buena activi-dad frente a estos microorganismos, con ex-cepción de cepas de Serratia sp y Providenciasp (donde demuestran escasa actividad).

Las diferencias en CIM entre las quinolonasno superó las dos diluciones. Frente a P.aeruginosa tampoco es importante el aportede las nuevas quinolonas, donde demuestranvariada pero similar o inferior actividad aciprofloxacina. Los restantes bacilos Gram ne-gativos no fermentadores son inhibidos por con-centraciones menores de los nuevos compues-tos de este grupo de antimicrobianos.6, 7

En patógenos respiratorios fastidiosos comoH. influenzae y M. catarrhalis, la actividad delas nuevas quinolonas es sólo ligeramente su-perior a sus predecesoras. Resultan igualmenteactivas en cepas productoras o no de β

lactamasas.8, 9 (Tabla 4).Frente a N. gonorrhoeae las fluoro-

quinolonas demuestran excelente actividad invitro con CIMs muy pequeñas, del orden de0,004 µg/ml; este grupo de nuevas moléculaspermite cubrir cepas resistentes a ciprofloxa-cina, sean estas resistentes o no a penicilina.

M. pneumoniae, C. pneumoniae y L.pneumophila son inhibidas por pequeñas con-centraciones de las quinolonas de tercera gene-ración, siendo cuatro veces más activas quesus predecesoras; la mayor actividad se de-muestra frente a especies de legionelas.10, 11

(Tabla 5).

Bacterias anaerobias estrictas

Las quinolonas disponibles hoy son inacti-vas frente a especies anaerobias estrictas.Levofloxacina y grepafloxacina permanecen in-activas frente a este grupo de microorganismos,trovafloxacina en cambio tiene como su mayorventaja su acción anti anaerobia. Este antimi-crobiano es 32 veces más activo que

Aspectos microbiológicos de las nuevas quinolonas - O. Trucco A.

Tabla 5. Actividad in vitro de nuevas quinolonas frente a Chlamydiapneumoniae, Mycoplasma pneumoniae y Legionella pneumophila

(CIM90

µg/ml)

C. pneumoniae M. pneumoniae L. pneumophila

Trovafloxacina 0,12 0,06 0,004Ciprofloxacina 2 1 0,015Claritromicina 0,06 0,03 0,03

Grepafloxacina 0,5 0,015 0,015Ofloxacina 2 0,03 0,03Claritromicina 0,015 0,015 0,03

Tabla 4. Actividad in vitro de nuevas quinolonas frente aHaemophilus influenzae y Moraxella catarrhalis (CIM90 µg/ml)

H. influenzae M. catarrhalis

Trovafloxacina 0,004 0,008Sparfloxacina 0,015 0,008Ciprofloxacina 0,008 0,03

Grepafloxacina 0,008 0,015Ciprofloxacina 0,015 0,03

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• La alteración de las enzimas blanco es elfactor de resistencia más importante. Muta-ciones en el gen gyrA que codifica lasubunidad A de la ADNgirasa: región deter-minante de la resistencia en quinolonas oquinolone resistance determinant region(QRDR), resulta en un aumento de la CIMde todas las quinolonas. Mutaciones adicio-nales en el gen parC que codifica latopoisomerasa IV, parecen ser importantesen la resistencia de los microorganismosGram positivos.

• Mutaciones que llevan a disminución en laexpresión de porinas de la membrana exter-na de bacterias Gram negativas, resultan endisminución de la acumulación de quinolonay así disminución de la susceptibilidad.

• Un mecanismo de eflujo dependiente de ener-gía, por el cual la quinolona es activamenteeliminada fuera de la célula bacteriana, mu-tación del gen norA, también ha sido carac-terizado tanto en bacterias Gram negativascomo positivas.Entre cepas de patógenos respiratorios como

S. pneumoniae ha sido descrita, muy excep-cionalmente, resistencia a nuevas fluoroquino-lonas, aún en cepas resistentes a penicilina ymultiresistentes. Frente a otros microorganismosGram positivos como Streptococcus βhemolíticos, no se han descrito cepas resisten-tes. Enterococcus sp y S. aureus demuestranporcentajes variables de sensibilidad frente aeste grupo de antibióticos, 61 a 92% en elprimero y 85 a 100% en cepas de Staphylo-coccus oxacilina susceptibles. En cepas resis-tentes a meticilina, el porcentaje demicroorganismos sensibles es menor con cifrasentre 17 y 69%. En el grupo de patógenosGram positivos, cepas resistentes a ciprofloxa-

ciprofloxacina frente a Bacteroides sp, siendobactericida a menos de 1 µg/ml en casi todaslas especies anaerobias. Sparfloxacina demues-tra también actividad anti anaerobia, inferior ala demostrada en trovafloxacina.12, 13 (Tabla 6).

Podemos concluir que las quinolonas de ter-cera generación cumplieron los desafíos pro-puestos, mejoraron la actividad frente a bacte-rias Gram positivas previamente no cubiertaspor este grupo de antimicrobianos; S. pneumo-niae incluyendo cepas resistentes a penicilina,superaron la actividad frente a SAMR oSAMS, al igual que frente a otras especies deStreptococcus no neumococo y Enterococcussp. Algunas de las nuevas quinolonas demos-traron buena actividad frente a microorganis-mos anaerobios, limitación de las quinolonasdisponibles hoy.

En el grupo de bacterias Gram negativas,mantuvieron buena actividad frente a enterobac-terias y no fermentadores, superaron a ciproflo-xacina frente a algunos microorganismos fasti-diosos, como también en su actividad frente apatógenos atípicos.

¿Resistencia bacteriana frente a nuevasquinolonas?

La resistencia a todas las quinolonas escromosomal y puede ocurrir por etapas (una omás mutaciones). Microorganismos altamentesusceptibles pueden permanecer sensibles consólo una mutación en su genoma, en otros encambio, dicha mutación puede determinar suresistencia.

Tres son los mecanismos de resistenciabacteriana descritos en este grupo de antimicro-bianos:14, 15

Tabla 6. Actividad in vitro de nuevas quinolonas frente a especies anaerobias estrictas(CIM

90 µg/ml)

Bacteroides sp Prevotella sp Fusobacterium sp Clostridium sp

Trovafloxacina 0,25 - 0,5 1 - 2 0,5 - 1,0 0,03 - 0,25Sparfloxacina 2 - 8 2 - 4 0,5 - 1,0 0,06 - 0,32Ciprofloxacina 16 - 32 4 - 32 2 - 8 0,32 - 0,5Metronidazol 1 - 4 4 - 8 2 - 4 2 - 4

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cina pueden ser entonces susceptibles a estasquinolonas ya que se necesita doble mutaciónen ambas topoisomerasas para dar resistenciay eso ocurre infrecuentemente, en tasa de10%.14

En el grupo de enterobacterias y bacilos nofermentadores, en que se describe la adquisi-ción de resistencia cruzada a las fluoroqui-nolonas actualmente disponibles, la actividadde las nuevas quinolonas es excelente con ba-jos porcentajes de resistencia (1 a 4%); mayornúmero de cepas resistentes se describen en P.aeruginosa. Completa susceptibilidad ha sidodescrita en patógenos respiratorios como H.influenzae y M. catarrhalis.

Las nuevas fluoroquinolonas serán sin dudaun aporte para el manejo de ciertas patologíasinfecciosas por su espectro de actividadantimicrobiana y propiedades farmacocinéticas;la experiencia clínica permitirá redondear elmarco de uso de este nuevo grupo de antimicro-bianos.

RESUMEN

Las nuevas quinolonas "de tercera genera-ción": levofloxacina, sparfloxacina, trovafloxa-cina y grepafloxacina se caracterizan por ma-yor actividad in vitro que sus predecesoras so-bre Streptococcus pneumoniae, Streptococcuspyogenes y Staphylococcus aureus sensiblea meticilina, conservan actividad sobre bacilosGram negativos entéricos (pero menos queciprofloxacina), también son activas sobre agen-tes causales de neumonías atípicas (Mycoplasmapneumoniae, Chlamydia pneumoniae,Legionella pneumoniae) y en algunos casos,sobre especies anaerobias estrictas (trovaflo-xacina, sparfloxacina).

Considerando los avances en espectroantibacteriano, constituirán en los próximos añosun aporte significativo en el manejo de algunaspatologías infecciosas ambulatorias y de mane-jo intrahospitalario.

BIBLIOGRAFIA

1.- NEU H. The quinolones. Infect Dis Clin North Am1989; 3: 625-39.

2.- WIEDEMAN B, HEISING P. Antibacterial activity

of grepafloxacin. J Antimicrob Chemother 1997;40: 19-25.

3.- PAN X, FISHER L. Targeting of DNA gyrase inStreptococcus pneumoniae by sparfloxacin selectivetargeting of gyrase or topoisomerase IV byquinolones. Antimicrob Agents Chemother 1997;41: 471-4.

4.- GOLDSMITH C, MOORE J, MURPHY P.Pneumococcal resistance in the UK. J AntimicrobChemother 1997; 40: 11-8.

5.- BRIGHTY K, GOOTZ T. The chemistry andbiological profile of trovafloxacin. J AntimicrobChemother 1997; 39: 1-14.

6.- CHILD J, ANDREWS J, BOSWELL F,BREENWALD N. The in vitro activity of CP 99219a new phtyridone antimicrobial agent comparisonwith fluoquinolones agents. J AntimicrobChemother 1995; 35: 869-76.

7.- NEU H, CHIN C. In vitro activity of the newerfluoroquinolones CP 99219. Antimicrob AgentsChemother 1994; 38: 15-22.

8.- WISW R, ANDREUS J. The ability of grepafloxacinagainst respiratory pathogens in the UK. JAntimicrob Chemother 1997; 40: 27-30.

9.- FINCH R. The role of new quinolones in thetreatment of respiratory tract infections. Drugs 1995;49: 1-3.

10.- MIDGWAY G, SALMAN H, ROBBINS M,DENCER C. The in vitro activity of grepafloxacinagainst Chlamydia spp, Mycoplasma spp,Ureaplasma spp and Legionella spp. J AntimicrobChemother 1997; 40: 31-4.

11.- FELMINGHAM D, ROBBINS M, DUGLEY K,MATHIAS L. In vitro activity of trovafloxacin, anew fluoroquinolone against recent clinical isolates.J Antimicrob Chemother 1997; 39: 43-9.

12.- SPANGLER S, JACOBS M, APPELBAUM P.Time killing study of the activity of trovafloxacincompared with ciprofloxacin, metronidazol,cefoxitin, piperacillin, piperacillin-tazobactamagainst six anaerobes. J Antimicrob Chemother1997; 39: 23-7.

13.- WEXLER H, MOLITORIS G, MOLITORIS D,FINEGOLD S. In vitro activity of levofloxacinagainst a selected group of anaerobic bacteriaisolated from skin and soft tissue infections.Antimicrob Agent Chemother 1998; 42: 984-6.

14.- WIEDERMAN B, HEISING P. Mechanism ofquinolone resistance. Infection 1994; 22: 73-9.

15.- HEISING P, SCHEDIETZKY H, FALKENSTEINP. Mutations in the gyr A gene of a high levelfluoroquinolone resistant clinical isolates of E. coli.Antimicrob Agents Chemother 1993; 37: 696-701.

Correspondencia a:Olivia Trucco ArayCondell 303, Santiago 9, ChileFono/Fax: 56 (2) 2045460.Email: otrucco@machi.med.uchile.cl

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